C语言中的位移运算

位移运算

1.左移

//C左移表达式x<<k;

  对于一个n位的操作数x，x<<k操作会生成一个值：x向左移动k位，丢弃最高的k位，并在右端补k个0。位移量应该是一个0~n-1之间的值。
  位移运算是从左至右可结合的，所以x<<j<<k等价于(x<<j)<<k。

2.右移

//C右移表达式x>>k;

  一般而言，机器支持两种形式的右移：逻辑右移和算术右移。逻辑右移在左端补k个0；算术右移是在左端补k个最高有效位。

3.一个例子

Tables Cool 参数x [01100011]  [10010101] x << 4 [00110000]  [01010000] x >> 4 (逻辑右移) [00000110]  [00001001] x >> 4 (算术右移) [11110110]  [11111001]

  C语言并没有明确定义应该使用哪种类型的右移。

• 对于无符号数据（unsigned声明的整形对象），右移必须是逻辑的；
• 对于有符号数据（默认的声明的整型对象），算术的或者逻辑的右移都可以。然而实际上，几乎所有的编译器/机器组合都对有符号数据使用算术右移，且许多程序员也都假设机器会使用这种右移。

  另一方面，Java对于如何进行右移有明确的定义。表达式x>>k会将x算术右移k个位置，而x>>>k会对x做逻辑右移。

位移操作的注意事项

1.位移k位，k很大

问题：对于一个由w位组成的数据类型，如果要移动k（k>>w）位会得到什么结果呢？
  例如在一个32位的机器上计算下面的表达式会得到什么结果：

int      lval = 0xFEDCBA98 << 32;int      aval = 0xFEDCBA98 >> 46;unsigned uval = 0xFEDCBA98 << 40;

  C 语言标准很小心地规避了说明在这种情况下该如何做。在许多机器上，当移动一个w位的值，移位指令只考虑位移量的低log2w位，因此实际上位移量就是通过计算k mod w得到的。在一台32位的机器上，上面三个位移运算分别是移动0、4和8位，得到结果：

lval 0xFEDCBA98aval 0xFFEDCBA9uval 0x00FEDCBA

  不过这种行为对于C程序来说是没有保障的，所以位移数量应该保持小于字长。

2.与位移有关的操作符优先级问题

1<<2+3<<4

  在C语言中，加法（和减法）的优先级比位移运算要高，然后按照从左至右结合性规则，上述表达式应该这样解释：

(1<<(2+3))<<4

参考资料

《深入理解计算机系统》 第2章 信息的表示和处理